骨支架材料性能的影响因素及其制备方法

骨支架作为种子细胞和生长因子的载体,是骨组织工程修复的关键。骨支架的材料特征及微结构对其力学性能及种子细胞黏附和增殖等有重要影响。关于支架的制备,可以采用常规致孔技术形成多孔材料,也可以用快速成型等方法制成预先设计好的结构,还有直接利用动物骨衍生得到的支架。不同方法得到的支架内部微结构会有很大差别,支架的力学性能也自然不同,修复效果也各异。本文综述了近年来骨支架材料及微结构对其力学性能、种子细胞、组织修复影响的主要研究成果。     

基于纳米压痕法的关节软骨保湿测量技术

目的 在保持关节软骨表面湿润的情况下,进行纳米压痕实验,研究具有一定生物活性的关节软骨微结构的力学性能。方法 通过实验的方法,评估冷镶嵌法和保湿法对保持软骨在体力学性能的优劣,并应用保湿法得到不同保护液下软骨微结构的力学性能。结果 冷镶嵌法测得的软骨表层的弹性模量远大于保湿法测得的数值,蒸馏水保护下的软骨表层和深层的弹性模量明显高于壳多糖溶液和生理盐水保护下的软骨的弹性模量。结论 保湿法更有利于保持生物材料在体时的力学性能和保持生物材料的生物活性,通过保湿法也可以证明壳多糖溶液及生理盐水均可有效保持软骨的力学性能。     

静电纺聚合物纳米纤维在骨组织工程研究中的进展

组织工程骨在骨缺损、骨不连及骨折延期愈合等骨骼疾病的治疗中有重要应用前景,、组织工程支架是组织工程研究的核心内容之一,静电纺丝制备的纳米纤维以其优异的性能,近年来已开始成为骨组织支架材料的重要研究对象。综述了静电纺聚合物纳米材料包括天然高分子聚合物、人工合成聚合物及复合聚合物纺丝纤维在骨组织工程研究中的进展,提出复合聚合物电纺纤维及其改性是今后骨组织工程支架材料研究的重要方向之一;并探讨了其研究中存在的问题与应用前景。     

纳米羟基磷灰石及其复合物修复骨缺损的研究与应用

背景：羟基磷灰石是骨组织工程公认的骨修复替代材料,而纳米羟基磷灰石具有与天然骨更为相似的结构特征。 目的：介绍纳米羟基磷灰石及其复合物的制备方法及特点,了解其在骨缺损修复中的应用情况。 方法：以“Nano-hydroxyapatite,bone defects,bone tissue engineering”为检索词,检索Pubmed数据库;以“纳米羟基磷灰石,骨缺损,骨组织工程”为检索词,检索CNKI数据库。文献检索语种限制为英文和中文。纳入纳米羟基磷灰石修复骨缺损的研究,纳米羟基磷灰石与一种或两种以上复合材料修复骨缺损的研究,以及骨组织工程中纳米羟基磷灰石研究的文章。最终纳入29篇符合标准的文献。 结果与结论：纳米羟基磷灰石可促进新骨形成,且新骨形成量大,具有较好的生物降解性、骨引导性。与天然或非天然材料复合,克服了自身脆性和弱的机械性等缺点,可以加速骨界面愈合。目前研究证实纳米羟基磷灰石在骨缺损的修复中发挥重要的作用,与其他材料复合后将有助于骨缺损的治疗,制备出特定功能的纳米仿生智能材料将是骨组织修复材料的未来发展方向。     

纳米羟基磷灰石/壳聚糖复合材料的制备及发展趋势

背景:纳米羟基磷灰石具有良好的生物相容性和生物活性,被广泛应用于骨组织的修复与替代技术,但脆性太大限制了其在承载部位骨替换中的应用。纳米羟基磷灰石/壳聚糖复合材料因具备优良的生物相容性和合适的力学性能,已逐渐成为骨替代材料的研究热点。目的:对纳米羟基磷灰石/壳聚糖复合材料的制备方法及其发展趋势进行综述。方法:应用计算机检索Medline数据库(1995-01/2009-03),以"nano-hydroxyapatite,chitosan,preparation,development trend"为检索词;应用计算机检索维普数据库(1995-01/2009-03)、清华同方数据库(1995-01/2009-03),以"纳米羟基磷灰石、壳聚糖、制备方法、发展趋势"为检索词。结果与结论:共收集2034篇相关文献,中文1634篇,英文670篇。排除发表时间较早、重复及类似研究,纳入37篇符合标准的文献。纳米尺寸的羟基磷灰石与壳聚糖复合而成的新型材料,由于在结构上与天然骨更为接近,纳米羟基磷灰石复合材料比相应的微米复合材料具有更好的生物学性能;同时优化材料的组成、结构和工艺将可能得到力学性能与天然骨更为匹配的骨修复材料。文章综述了近年来国内外羟基磷灰石/壳聚糖复合材料的制备方法,随着生物材料的快速发展,羟基磷灰石复合材料被广泛应用于骨组织修复与替代手术中,但由于其具有传统陶瓷固有的力学性能差的缺点,限制了它在临床上的应用。     

纳米复合水凝胶在骨组织工程中的应用

文题释义：纳米颗粒：是指纳米量级的微观颗粒,指至少在一个维度上小于100 nm的颗粒。纳米颗粒具有较大的比表面积,可以与水凝胶结构链形成紧密的界面,改善水凝胶的机械性能。纳米复合水凝胶：水凝胶与纳米颗粒化学或物理交联的有机-无机或有机-有机网络结构。由于水凝胶网络与纳米颗粒的相互作用,纳米复合水凝胶具有增强的化学、物理或生物特性。 背景：纳米复合水凝胶是具有良好生物相容性和骨传导性能的仿生材料,在骨组织工程中广泛应用。 目的：总结纳米颗粒的分类及纳米复合水凝胶在骨组织工程中的应用。 方法：应用计算机对CNKI数据库、PubMed数据库、Web of Science数据库2000至2019年发表的文献进行检索,中文检索关键词为“纳米复合材料,骨组织工程,纳米颗粒,水凝胶”,英文检索关键词为“Nanocomposites;Bone Tissue Engineering;Nanoparticle;Hydrogels”。根据纳入和排除标准最终纳入69篇文献进行结果分析。结果与结论：①目前常作为纳米填料的纳米颗粒主要有碳基纳米颗粒、金属和金属氧化物纳米颗粒、聚合物纳米颗粒、磷酸钙基纳米颗粒;②纳米颗粒与水凝胶的复合能改善水凝胶的机械性能;③纳米复合水凝胶能促进种子细胞的黏附和成骨分化,从而应用于骨组织工程;④目前,纳米复合水凝胶在骨组织工程中的应用还存在纳米颗粒分散性差、骨组织工程中的血管化能力弱及材料降解速率难以调控等问题。 ORCID: 0000-0002-1900-9641(林开利) 中国组织工程研究杂志出版内容重点：生物材料;骨生物材料; 口腔生物材料; 纳米材料; 缓释材料; 材料相容性;组织工程     

人体主动脉瓣膜钙化组织的力学性质

目的采用纳米压痕测试方法,测量人体主动脉瓣取出物的钙化组织的材料力学性能。方法采集5名主动脉瓣狭窄患者的瓣叶取出物,选取钙化瓣叶进行纳米压痕测试,获得钙化组织弹性模量、硬度等材料力学参数。结果瓣叶钙化组织的弹性模量为(15.69±3.89) GPa,硬度为(0.59±0.15) GPa。结论通过纳米压痕测试方法得到瓣叶钙化组织的弹性模量和硬度,为瓣膜的生物力学研究提供实验数据参考。     

磁响应性三元复合材料制备及引导骨缺损修复的研究

创伤、感染、肿瘤和先天畸形等均会造成骨组织的缺损,当缺损超过临界尺寸时,骨组织无法完成自我修复,应用生物材料引导骨组织的再生从而修复缺损组织是极为重要的治疗策略,而骨形成速度慢则是当前引导骨再生支架面临的难点之一。氧化铁磁性纳米颗粒(γ-Fe2O3-NP)和纳米羟基磷灰石(n HA)与消旋聚乳酸(PDLLA)以不同比例共混,利用高压静电纺丝技术制备具有纳米纤维网络结构的复合材料薄膜。应用振荡样品磁强计研究复合材料的磁学性质与氧化铁磁性纳米颗粒含量之间的关系,通过扫描电镜观察薄膜材料的微观结构特征。选取12只健康雄性成年新西兰大白兔,在横突骨组织离断模型上,采用CT成像技术,研究术后10、30、50 d时复合材料植入组、复合材料植入加磁场组以及离断无治疗对照组的骨组织再生与缺损修复效果;此外,在术后20 d采集每组中2只动物的植入部位组织进行病理观察。研究结果显示,复合材料具有超顺磁响应性质,且随材料中氧化铁纳米颗粒比例的提高而增强;该复合材料可以在外加磁场的作用下,加速引导离断缺损部位的骨组织再生。     

纳米人工骨混合自体骨治疗骨肿瘤及骨病43例

背景:纳米人工骨是一种新型的骨移植材料,具有良好生物相容性等优势,但其治疗骨肿瘤及骨病的临床效果尚有待进一步研究。目的:回顾性分析纳米人工骨混合自体骨治疗骨肿瘤及骨病的临床效果。方法:对43例骨肿瘤及骨病患者病灶进行彻底刮除,选用大小不一的纳米人工骨条或颗粒混合人工骨充填,并用尽量将腔隙填满压实。病理性骨折的4例患者行内固定,其余患者未行内固定,依病情选择适当的支具。观察植骨后患者全身状态及植骨局部情况,术后不同时间X射线片观察植骨局部情况。结果与结论:43例患者均获随访,最短为6个月,最长为24个月。1例患者切口延迟愈合。余患者全身状态及切口愈合均良好。术后1～3个月纳米人工骨混合人工骨植入区与缺损周围的骨组织之间界限模糊,但局部仍可见密度高影。约12个月植入骨区与周围骨组织密度相似。结果证实应用纳米人工骨混合人工骨治疗骨肿瘤及骨病效果满意,且并发症较少,其为一种比较理想的移植骨替代物,且具有良好应用前景。     

骨膜在骨折愈合及骨组织修复过程中的作用

背景:骨膜因含有成骨潜能的细胞而参与骨折愈合及骨组织修复的过程,其在修复骨缺损方面的作用是目前研究的热点。目的:对骨膜在骨折愈合及骨组织修复过程中所发挥的作用进行综述。方法:第一作者应用计算机检索1964年1月至2019年12月PubMed、中国知网数据库等中英文期刊全文数据库有关骨膜在骨折愈合及骨组织修复过程中作用的文章,英文检索词"periosteum,bone healing,periosteum cells";中文检索词"骨膜,骨折愈合,骨膜细胞"。最终选择48篇重要文献进行综述。结果与结论:①骨膜的完整性对于骨折愈合和骨组织的修复极其重要,因其较好的成骨性能、优质的材料学特性和屏障作用等特点被广泛应用于骨组织工程;②骨膜在牵拉成骨过程中的作用机制目前尚且存在争议,研究证实骨膜缺如并不会影响下颌骨缺损牵拉成骨的效果,但在四肢骨缺损牵拉成骨中的作用仍有待进一步研究。     

载药人工骨研究的应用进展

背景：骨科药物缓释系统现已成为治疗骨科疾病的一大重要方法,作为其中之一的载药人工骨是目前新兴前沿的治疗手段。 目的：综述载药人工骨的分类及特点、研究方法和研究方向。 方法：由第一作者检索2001至2011年 PubMed数据库及维普外文期刊库有关载药人工骨材料分类、载药人工骨研究方法及载药人工骨应用研究等方面的文献。 结果与结论：载药人工骨主要分为羟基磷灰石、磷酸钙骨水泥、生物玻璃3类,前两者已逐步应用于临床研究及治疗中,生物玻璃是最近比较新的研究材料,在充当填充骨材料和药物释放载体上具有独特的功能,关于其特性、具体应用还要进一步研究。载药人工骨的研究方法主要从药物载体孔洞选择、人工骨制备、载药人工骨药物成分、人工骨药物释放机制等方面入手。载药人工骨具有药物载体和修复骨缺损的双重作用,且能诱导骨的生长和同步降解,具有操作简便,疗效好等优点,应用于骨髓炎、骨缺损和预防人工关节感染等方面是一种理想且有效的方法。     

Quantitative 3D analysis of the canal network in cortical bone by micro-computed tomography

Cortical bone is perforated by an interconnected network of porous canals that facilitate the distribution of neurovascular structures throughout the cortex. This network is an integral component of cortical microstructure and, therefore, undergoes continual change throughout life as the cortex is remodeled. To date, the investigation of cortical microstructure, including the canal network, has largely been limited to the two-dimensional (2D) realm due to methodological hurdles. Thanks to continuing improvements in scan resolution, micro-computed tomography (muCT) is the first nondestructive imaging technology capable of resolving cortical canals. Like its application to trabecular bone, muCT provides an efficient means of quantifying aspects of 3D architecture of the canal network. Our aim here is to introduce the use of muCT for this application by providing examples, discussing some of the parameters that can be acquired, and relating these to research applications. Although several parameters developed for the analysis of trabecular microstructure are suitable for the analysis of cortical porosity, the algorithm used to estimate connectivity is not. We adapt existing algorithms based on skeletonization for this task. We believe that 3D analysis of the dimensions and architecture of the canal network will provide novel information relevant to many aspects of bone biology. For example, parameters related to the size, spacing, and volume of the canals may be particularly useful for investigation of the mechanical properties of bone. Alternatively, parameters describing the 3D architecture of the canal network, such as connectivity between the canals, may provide a means of evaluating cumulative remodeling related change.     

透明质酸在骨组织工程研究中的应用现状

背景：用组织工程学方法促进骨组织再生,是近年来骨缺损修复的研究热点。支架材料是骨组织工程研究的重要内容。 目的：分析透明质酸作为骨组织工程支架材料的应用进展。 方法：对CNKI、PubMed数据库进行文献检索,以“透明质酸,骨”为中文检索词、“hyaluronic acid, bone“为英文检索词。提取文献进行透明质酸作为骨组织工程支架材料的应用研究的分析。分析了透明质酸的物理特性,透明质酸在骨组织工程中的应用,以及相关文献的发表情况。 结果与结论：透明质酸是一种重要的细胞外基质,透明质酸及其衍生物有优良的特性,是构建组织工程支架的优良材料,且可作为生长因子及细胞的输送载体。国家自然科学基金是资助透明质酸作为骨组织工程支架材料的应用的相关文献最多的基金,湖北中医学院、解放军总医院、广州中医药大学、华南理工大学发表相关文献较多。近年透明质酸在骨组织工程上的应用研究引起了越来越多的关注,但其临床研究较少。     

海螵蛸/外消旋聚乳酸复合人工骨材料的制备及表征

BACKGROUND: Cuttlebone which is rich in calcium has a natural affinity with the nature bone tissue. However, when the cuttlebone is applied as supporting material independently, its brittleness is larger and the intensity is lower. OBJECTIVE: To independently research and develop cuttlebone/racemic polylactic acid composite artificial bone tissue scaffolds, and detect their various performance.   METHODS: The composite artificial bone was prepared by combining the cuttlebone and racemic polylactic acid at the weight ratio of 1:2, 2:1 and 1:1 using salting out method. The pure cuttlebone was taken as control. The microstructure, porosity, water binding force, biological mechanics and in vitro degradation performance were determined. RESULTS AND CONCLUSION: The surface of cuttlebone had spine shape, clear texture and cellular distribution. Composite artificial bone was similar to the cancellous bone, whose big pore diameter was 500-1 500 μm and small pore diameter was 150-300 μm. Composite artificial bone had less micropores, and the connectivity between the holes is good. The bending strength, the elastic modulus, in vitro degradation properties of these three kinds of composite artificial bone were better compared with cuttlebone (P < 0.05), porosity was less than that of cuttlebone (P < 0.05), and there were no significant differences between these composite artificial bone groups. There was no significant difference in the water binding force between these four groups. These results demonstrate that cuttlebone/racemic polylactic acid composite artificial bone has good microstructure, mechanical properties and degradation performance.      

骨组织形态计量学在临床骨病应用中的研究与进展

背景：骨组织形态计量学是一种定量的不脱钙骨组织学切片检查,能取得骨重建和结构的定量信息。近年来已广泛应用于代谢性骨病发生发展机制、抗骨质疏松症药物等研究。 目的：从骨组织形态计量学被认识到临床研究、临床应用以及展望进行综述。 方法：由第一作者分别以“骨组织形态计量学,骨活检,代谢性骨病,骨重建,骨结构,人”和“Bone histomorphometry,metabolic bone diseases,bone biopsy,bone remodeling,humans”为关键词进行检索,CNKI 数据库的检索时限为2000/2010,PubMed 数据库的检索时限为1965/2010。筛选骨组织形态计量学方面的文献,最终纳入30 篇文献进行分析。 结果与结论：骨计量学可得到三维的骨结构和重建的参数,在评估、提供骨代谢信息方面是一个功能强大的工具,其他任何研究方法不可代替。对于各种各样的骨代谢疾病,可从骨计量学方面更深层了解骨病的发生发展机制,为治疗提供更可靠的依据。此外,在临床新的药物安全干预、研究试验中,它提供了宝贵的骨结构和重建的参数资料。     

纤维蛋白胶复合自体骨髓与人工骨促进脊柱融合的现状与展望

背景：如何利用纤维蛋白胶的黏合性在术中复合自体骨髓与人工骨来提高脊柱融合的成功率,值得进一步研究。 目的：综述纤维蛋白胶的研究背景、成分、作用原理及理化特性,纤维蛋白胶及自体骨髓复合人工骨在脊柱融合中应用的现状。 方法：由第一作者检索1994/2010 CNKI系列数据库及PubMed数据库有关纤维蛋白胶的研究背景、成分、作用原理及理化特性,纤维蛋白胶在构建组织工程骨及修复骨缺损中的应用,自体骨髓复合人工骨移植在修复骨缺损中的应用,脊柱融合中植骨方法应用等方面的文献。 结果与结论：自体骨髓复合人工骨移植修复骨缺损在临床取得了较好的疗效,因此在脊柱融合中利用自体骨髓复合人工骨来提高脊柱融合率应该是可行的方案,但以往自体骨髓混合人工骨的过程相对简单,又由于自体骨髓流动性大,注射后容易流失,明显降低了自体骨髓的成骨作用。因此设想在临床手术中,利用纤维蛋白胶的黏合特性将自体骨髓与人工骨黏合在一起,植入脊柱关节突、横突部位,充分发挥骨髓的最大成骨作用,这将是临床一个提高脊柱融合率的简易、快速、有效的方法,有待进一步的深入研究。     

煅烧骨/壳聚糖复合材料促进SD大鼠骨髓间充质干细胞的成骨分化

背景:课题组前期研究已经证实煅烧骨/壳聚糖复合材料的微观结构与自然骨组织相似,安全无毒,抗压强度良好,并且能够促进成骨细胞的增殖及黏附,因此继续研究其对骨髓间充质干细胞成骨分化的作用具有重要意义。目的:探讨煅烧骨/壳聚糖复合材料对骨髓间充质干细胞成骨分化的影响。方法:将煅烧骨/壳聚糖复合材料与SD大鼠骨髓间充质干细胞体外共培养并进行成骨诱导,成骨诱导1,2,3周时,采用实时荧光定量PCR检测成骨分化相关基因的表达。结果与结论:煅烧骨/壳聚糖复合材料能促进骨髓间充质干细胞的增殖黏附,并促进成骨相关基因碱性磷酸酶、Ⅰ型胶原、骨钙素的表达,具有诱导骨髓间充质干细胞成骨分化的作用。     

In vitro biomimetic construction of hydroxyapatite-porcine acellular dermal matrix composite scaffold for MC3T3-E1 preosteoblast culture

The application of porous hydroxyapatite-collagen (HAp-Collagen) as a bone tissue engineering scaffold is hindered by two main problems: its high cost and low initial strength. As a native 3-dimenssional collagen framework, purified porcine acellular dermal matrix (PADM) has been successfully used as a skin tissue engineering scaffold. Here we report its application as a matrix for the preparation of HAp to produce a bone tissue scaffold through a biomimetic chemical process. The HAp-PADM scaffold has two-level pore structure, with large channels (～100?μm in diameter) inherited from the purified PADM microstructure and small pores (<100?nm in diameter) formed by self-assembled HAp on the channel surfaces. The obtained HAp-PADM scaffold (S15D) has a compressive elastic modulus as high as 600?kPa. The presence of HAp in sample S15D reduces the degradation rate of PADM in collagenase solution at 37°C. After 7 day culture of MC3T3-E1 pre-osteroblasts, MTT data show no statistically significant difference on pure PADM framework and HAp-PADM scaffold (p?>?0.05). Because of its high strength and nontoxicity, its simple preparation method, and designable and tailorable properties, the HAp-PADM scaffold is expected to have great potential applications in medical treatment of bone defects.     

重组人甲状旁腺激素(1-34)促成骨作用及在口腔领域的应用

文题释义： 特立帕肽(teriparatide)：即重组人甲状旁腺激素(1-34)(rhPTH 1-34),2002年经美国食品药品监督管理局(FDA)批准应用于骨质疏松症的治疗,是第一代骨合成代谢药。它可以直接刺激新骨的成骨细胞形成,实现有效的合成代谢,在口腔领域的研究也表现出良好的促进种植体-骨结合及牙周再生等效果。 甲状旁腺激素：由甲状旁腺主细胞合成与分泌,是含84个氨基酸残基的单链多肽,位于人类甲状旁腺激素分子氨基端(N-端)的1-34位氨基酸序列是其生物活性部位。甲状旁腺激素是调节人体钙磷内环境稳态及骨代谢的重要激素,间歇低剂量给予甲状旁腺激素对骨骼发挥合成代谢作用。 背景：重组人甲状旁腺激素(1-34)(recombinant human parathyroid hormone 1-34,rhPTH 1-34),即特立帕肽,为甲状旁腺激素氨基端片段,作为骨合成代谢药,因可以直接刺激新骨形成、增加骨量而成为研究热点,也因其强大的成骨效应引起口腔领域的关注与应用。 目的：对特立帕肽的成骨机制、有效性和安全性及其在口腔领域的研究进展进行综述。 方法：第一作者检索近20年PubMed数据库、万方数据库收录的相关文章。英文检索词为“rhPTH(1-34),teriparatide,osteoporosis,stomatology,Jaw,implant-osseointegration,periodontal”,中文检索词为“重组人甲状旁腺激素(1-34),特立帕肽,骨质疏松,口腔医学,颌骨,种植体-骨结合,牙周”。共选取56篇文献进行综述。 结果与结论：特立帕肽可以直接刺激新骨的成骨细胞形成,实现有效的合成代谢,其在口腔领域的研究表现出良好的促进种植体-骨结合、牙周再生、骨缺损愈合及提高正畸稳定性的效果,在口腔领域有良好的应用前景,但仍需要更多更高质量的动物实验及临床研究证实。未来甲状旁腺激素类药物及其类似物可与骨组织工程技术有机结合,更好地促进骨修复,同时也更好地服务于口腔颌面部的修复治疗。 ORCID: 0000-0002-2333-4260(董西玲) 中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建;骨细胞;软骨细胞;细胞培养;成纤维细胞;血管内皮细胞;骨质疏松;组织工程     

Effect of captivity on the vertebral bone microstructure of xenarthran mammals

Captive specimens in museum collections facilitate study of rare taxa, but the lifestyles, diets, and lifespans of captive animals differ from their wild counterparts. Trabecular bone architecture adapts to in vivo forces, and may reflect interspecific variation in ecology and behavior as well as intraspecific variation between captive and wild specimens. We compared trunk vertebrae bone microstructure in captive and wild xenarthran mammals to test the effects of ecology and captivity. We collected μCT scans of the last six presacral vertebrae in 13 fossorial, terrestrial, and suspensorial xenarthran species (body mass: 120 g to 35 kg). For each vertebra, we measured centrum length; bone volume fraction (BV.TV); trabecular number and mean thickness (Tb.Th); global compactness (GC); cross-sectional area; mean intercept length; star length distribution; and connectivity and connectivity density. Wild specimens have more robust trabeculae, but this varies with species, ecology, and pathology. Wild specimens of fossorial taxa (Dasypus) have more robust trabeculae than captives, but there is no clear difference in bone microstructure between wild and captive specimens of suspensorial taxa (Bradypus, Choloepus), suggesting that locomotor ecology influences the degree to which captivity affects bone microstructure. Captive Tamandua and Myrmecophaga have higher BV.TV, Tb.Th, and GC than their wild counterparts due to captivity-caused bone pathologies. Our results add to the understanding of variation in mammalian bone microstructure, suggest caution when including captive specimens in bone microstructure research, and indicate the need to better replicate the habitats, diets, and behavior of animals in captivity.